Quasi-van der Waals Estributivo assistido por grafeno de Filme aln em substrato de safira nano-padronizado para diodos emissores de luz ultravioleta
Summary
Um protocolo para o crescimento assistido por grafeno de filmes de AlN de alta qualidade em substrato de safira nano-padronizado é apresentado.
Abstract
Este protocolo demonstra um método para crescimento rápido assistido pelo grafeno e coalescência da AlN no substrato de safira nano-pattened (NPSS). As camadas de grafeno são cultivadas diretamente em NPSS usando a deposição de vapor químico de pressão atmosférica livre de catalisadores (APCVD). Aplicando o tratamento plas plasma de gion reativa de nitrogênio (RIE), os defeitos são introduzidos no filme de grafeno para melhorar a reatividade química. Durante o crescimento da AlN (Metal-organic chemical vapor de deposição) de vapor químico, este tampão de grafeno tratado com plasma N permite o crescimento rápido da AlN, e a coalescência no NPSS é confirmada pela microscopia eletrônica de varredura transversal (SEM). A alta qualidade da AlN no grafeno-NPSS é então avaliada por curvas de balanço de raios-X (XRCs) com largura estreita (0002) e (10-12) de largura total a metade do máximo (FWHM) como 267,2 arcsec e 503,4 arcsec, respectivamente. Em comparação com o NPSS nu, o crescimento da AlN no grafeno-NPSS mostra uma redução significativa do estresse residual de 0,87 GPa para 0,25 Gpa, com base nas medições de Raman. Seguido pelo crescimento de múltiplos poços quânticos (MQWS) da AlGaN no grafeno-NPSS, são fabricados ledes ultravioletas ultravioletas profundos baseados em AlGaN. Os DUV-LEDs fabricados também demonstram um desempenho óbvio e aprimorado de luminescência. Este trabalho fornece uma nova solução para o crescimento de AlN de alta qualidade e fabricação de DUV-LEDs de alto desempenho usando um processo mais curto e menos custos.
Introduction
A ALN e a AlGaN são os materiais mais essenciais nos DUV-LEDs1,2, que têm sido amplamente utilizados em diversos campos, como esterilização, cura de polímeros, detecção bioquímica, comunicação não-linha de visão e iluminação especial3. Devido à falta de substratos intrínsecos, a heteroepitaxia aln em substratos de safira por MOCVD tornou-se a rota técnica mais comum4. No entanto, a grande incompatibilidade de treliça entre o substrato de AlN e safira leva ao acúmulo de estresse5,,6, luxações de alta densidade e falhas de empilhamento7. Assim, a eficiência quântica interna dos LEDs é reduzidaem 8. Nas últimas décadas, o uso de safira padronizada como substratos (PSS) para induzir o crescimento lateral epitaxial da AlN (ELO) foi proposto para resolver esse problema. Além disso, grandes avanços foram feitos no crescimento dos modelos de AlN9,,10,11. No entanto, com um alto coeficiente de aderência superficial e energia de ligação (2,88 eV para AlN), os átomos de Al têm baixa mobilidade de superfície atômica, e o crescimento da AlN tende a ter um modo de crescimento de ilhas tridimensionais12. Assim, o crescimento epitaxial dos filmes de AlN em NPSS é difícil e requer maior espessura de coalescência (mais de 3 μm) do que em substratos de safira plana, o que causa maior tempo de crescimento e requer custos elevados9.
Recentemente, o grafeno mostra grande potencial para uso como camada tampão para o crescimento da AlN devido ao seu arranjo hexagonal de átomos de carbono hibridizados SP2 13. Além disso, a e epitaxia quase van der Waals (QvdWE) da AlN sobre grafeno pode reduzir o efeito incompatível e abriu um novo caminho para o crescimento da AlN14,15. Para aumentar a reatividade química do grafeno, Chen et al. usaram o grafeno tratado n2-plasma como uma camada tampão e determinaram o QvdWE de alta qualidade filmes AlN e GaN8,o que demonstra a utilização do grafeno como uma camada tampão.
Combinando o grafeno tecnic tratado com plasma N2com substratos comerciais de NPSS, este protocolo apresenta um novo método para crescimento rápido e coalescência da AlN em um substrato de grafeno-NPSS. A espessura completamente coalesce da AlN no grafeno-NPSS é confirmada como inferior a 1 μm, e as camadas epitaxias de AlN são de alta qualidade e liberadas por estresse. Este método abre um novo caminho para a produção em massa de modelos de AlN e mostra grande potencial na aplicação de DUV-LEDs baseados em AlGaN.
Protocol
Representative Results
Discussion
Como mostrado na Figura 1A,o NPSS preparado pela técnica NIL ilustra os padrões de cone nanocôncavo com profundidade de 400 nm, período de 1 μm de padrão e largura de 300 nm das regiões nãotched. Após o crescimento APCVD da camada de grafeno, o grafeno-NPSS é mostrado na Figura 1B. O aumento significativo do pico D de grafeno tratado de N-plasma no espectro raman Figura 1C…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelo Programa Nacional de P&D da China (nº 2018YFB0406703), pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (nº 61474109, 61527814, 11474274, 61427901) e pela Fundação de Ciências Naturais de Pequim (nº 4182063) e pela Fundação de Ciências Naturais de Pequim (nº 4182063)
Materials
| Acetone,99.5% | Bei Jing Tong Guang Fine Chemicals company | 1090 | |
| APCVD | Linderberg | Blue M | |
| EB | AST | Peva-600E | |
| Ethonal,99.7% | Bei Jing Tong Guang Fine Chemicals company | 1170 | |
| HF,40% | Beijing Chemical Works | 1789 | |
| ICP-RIE | AST | Cirie-200 | |
| MOCVD | VEECO | P125 | |
| PECVD | Oerlikon | 790+ | |
| Phosphate,85% | Beijing Chemical Works | 1805 | |
| Sulfuric acid,98% | Beijing Chemical Works | 10343 |
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